CN105899419A - 中途故障诊断系统及安装了该中途故障诊断系统的电动助力转向装置 - Google Patents

中途故障诊断系统及安装了该中途故障诊断系统的电动助力转向装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种中途故障诊断系统及安装了该中途故障诊断系统的高性能的电动助力转向装置。该中途故障诊断系统除了现有的故障阈值以外，还通过在故障阈值的内侧设定中途故障诊断阈值，或，以检测分解能单位设定中途故障诊断阈值来检测出中途故障，以便能抑制意外的系统故障并提高可靠性。本发明的中途故障诊断系统具备故障计数器，该故障计数器通过基于电气装置正常时的计测值的平均值和标准偏差计算出正规分布，设定至少一个故障阈值来作为计测值的诊断阈值，对超过故障阈值的计测值的次数或时间进行计测，以便确定通常诊断的故障；该中途故障诊断系统在平均值和故障阈值之间设定用于中途故障诊断的中途故障诊断阈值；该故障计数器对计测值超过中途故障诊断阈值的次数或时间进行计测；该中途故障诊断系统设定故障计数器的用于确定中途故障诊断的故障的计数值或时间以便使通常诊断的错误故障概率和中途故障诊断的错误故障概率变得相同。

Description

中途故障诊断系统及安装了该中途故障诊断系统的电动助力转向装 置
技术领域
本发明涉及一种中途故障诊断，其诊断诸如将电动机产生的辅助扭矩赋予车辆的转向系统的电动助力转向装置之类的电气装置和电气设备等的故障(异常)。本发明尤其涉及一种中途故障诊断系统及安装了该中途故障诊断系统的电动助力转向装置。该中途故障诊断系统通过利用统计学的方法(正规分布概率、上下限侧概率)来检测出中途故障，以便抑制意外的系统故障并提高可靠性。
背景技术
作为具备诸如电气机器、电气元件之类的电气装置和电气设备等(以下简单地称为“电气装置”)，利用电动机的旋转力对车辆的转向机构施加转向辅助扭矩(辅助扭矩)的电动助力转向装置，将电动机的驱动力经由减速装置由齿轮或皮带等传送机构，向转向轴或齿条轴施加转向辅助扭矩。为了准确地产生转向辅助扭矩，现有的电动助力转向装置(EPS)进行电动机电流的反馈控制。反馈控制调整电动机外加电压，以便使转向辅助指令值(电流指令值)与电动机电流检测值之间的差变小。电动机外加电压的调整一般通过调整PWM(脉冲宽度调制)控制的占空比(Duty)来进行。
如图1所示，对电动助力转向装置的一般结构进行说明。转向盘(方向盘)1的柱轴(转向轴或方向盘轴)2经过减速齿轮3、万向节4a和4b、齿轮齿条机构5、转向横拉杆6a和6b，再通过轮毂单元7a和7b，与转向车轮8L和8R连接。另外，在柱轴2上设有用于检测出转向盘1的转向扭矩的扭矩传感器10，对转向盘1的转向力进行辅助的电动机20通过减速齿轮3与柱轴2连接。电池13对用于控制电动助力转向装置的控制单元(ECU)30进行供电，同时，经过点火开关11，点火信号被输入到控制单元30。控制单元30基于由扭矩传感器10检测出的转向扭矩Tr和由车速传感器12检测出的车速Vel，进行作为辅助(转向辅助)指令的电流指令值的运算，根据通过对运算出的电流指令值实施补偿等而得到的电流控制值E，来控制供给电动机20的电流。此外，车速Vel也能够从诸如CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)等处获得。
在这样的电动助力转向装置中，控制单元30主要由CPU(也包含MPU或MCU等)构成，该CPU内部由程序执行的一般功能具有如图2所示的构成。
参照图2来说明控制单元30的功能和动作。如图2所示，由扭矩传感器10检测出并被输入进来的转向扭矩Tr和来自车速传感器12或CAN的车速Vel被输入到电流指令值运算单元31中。电流指令值运算单元31基于转向扭矩Tr和车速Vel运算出电流指令值Iref1。运算出的电流指令值Iref1经过用于以过热保护条件来限制最大值的最大输出限制单元32被加法输入到减法单元33。减法单元33求出被限制了最大值的电流指令值Iref2与被反馈回来的电动机电流i之间的偏差Iref3(＝Iref2-i)；PI控制单元34对偏差Iref3进行PI控制；通过PI控制得到的电压指令值E被输入到PWM控制单元35中以便运算出占空比；经过诸如逆变器之类的电动机驱动电路36依据PWM信号PS来对电动机20进行PWM驱动。电动机电流检测器37检测出电动机20的电动机电流值i，检测出的电动机电流值i被反馈到减法单元33中。
在确定这样的诸如电动助力转向装置之类的电气装置的通常故障的时候，尽管也根据故障部位，在超过某个故障阈值时被检测出的故障标记在该检测读取采样的时候被连续进行一次到几千次的计数的情况下，进行诸如确定该故障之类的处理。在不连续的计数的情况下，因为连续标记不被设置，所以很难作为故障来确定。另外，如果减小上述故障阈值的话，尽管不连续标记倾向于连续，但存在很可能变成错误检测的问题。
图3示出了现有的一般的故障检测的例子，具体地表示了利用输出电压的总和在正常时典型地变为5.10V的性质，上限侧的故障阈值被设定为5.35V，下限侧的故障阈值被设定为4.85V的概率密度曲线的例子，其横轴为输出电压的总和(诊断值)，其纵轴表示概率密度。
在这种情况下的故障检测的动作例如图4的流程图所示。即，每1ms对输出电压的总和进行计测(步骤S1)，首先判定输出电压的计测值(诊断值)是否等于或小于下限侧的故障阈值4.85V(步骤S2)，在输出电压的计测值等于或小于下限侧的故障阈值4.85V的情况下，进行基于故障计数器的计数(步骤S4)。另外，在输出电压的计测值大于下限侧的故障阈值4.85V的情况下，进一步判定输出电压的计测值是否等于或大于上限侧的故障阈值5.35V(步骤S3)，在输出电压的计测值等于或大于上限侧的故障阈值5.35V的情况下，进行基于故障计数器的计数(步骤S4)。在输出电压的计测值小于上限侧的故障阈值5.35V的情况下，返回到上述步骤S1，重复上述动作。
此外，下限侧的故障阈值和上限侧的故障阈值的判定顺序也可以相反。
在进行如上所述的基于故障计数器的计数的时候，判定故障计数器是否连续地进行了500次计数(步骤S5)，在连续计数次数小于500次的情况下，返回到上述步骤S1，重复上述动作，在连续计数次数变成等于或大于500次的情况下，确定故障(步骤S6)。
就这样在现有技术中，因为在被连续进行规定的次数(例如500次)的计数的情况下，进行确定故障的处理，所以如果减小上下限的故障阈值的话，尽管不连续标记倾向于连续，但虽然为正常可是还存在很可能变成错误检测的问题。
另外，如图5的特性图所示，因为故障计数器在上限侧的故障阈值与下限侧的故障阈值之间不能对标记进行计数，所以检测不出不超过故障阈值程度的故障。也就是说，检测不出基于诸如不可逆的特性变化、由经年劣化造成的特性变化等的中途故障(intermittent failure)或间歇故障(以下简单地称为“中途故障”)。
另一方面，作为近年来对电动助力转向装置的车辆电子控制装置的要求，存在一种不仅要检测出连续性故障(永久障害)而且还要检测出中途故障的要求。很难检测出和确定中途故障，例如，如果中途故障的确定太早的话，尽管还可以使用电动助力转向装置的辅助功能，但也会导致系统故障的发生，而这个结果很可能产生一种与车辆电子控制的最近的延长产品寿命的思想相反的现象。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-220485号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
作为诊断电气装置(电气设备)的好坏的诊断系统，存在这样一种诊断方法，即，首先根据电气装置的正常状态和异常(故障)状态的种类对每种状态预先准备数据，然后在诊断电气装置的时候，通过比较判定从该电气装置得到的数据离哪种状态的数据近，来诊断该电气装置是处于正常状态还是处于异常状态(故障)。在这种诊断方法中，尽管需要在诊断前对电气装置的正常状态和异常状态的各种状态预先准备数据，即使准备正常状态的数据比较简单，但通常，将电气装置的状态人为地设定为异常(故障)状态并获得各种异常状态的数据是极为困难的。
作为解决这样的问题的现有技术，例如有在日本特开2012-220485号公报(专利文献1)中所公开的好坏诊断系统。专利文献1所记载的好坏诊断系统为这样一种诊断系统，即，具备用于从流经作为诊断对象的电气设备的电流中检测出特征量的特征量检测单元、用于导出并存储电气设备在正常状态时通过特征量检测单元而获得的特征量的平均值和标准偏差的运算存储单元和用于求出存在于基于在对电气设备进行诊断的时候通过特征量检测单元而获得的特征量以及被存储在运算存储单元中的平均值和标准偏差而被决定的椭圆体的内侧的概率值的概率计算单元；还具备用于对流经电气设备的多个相的电流进行同步计测，从流经各个相的电流中由概率计算单元来导出各个相的概率值，然后基于通过对在各个相得到的概率值进行乘法运算或加法运算而得到的概率值来诊断电气设备是正常还是异常的诊断单元。
就这样在专利文献1中所公开的诊断系统中，尽管将理论上正常时绝对不超过的单一的值设定为故障阈值，并通过判定超过该故障阈值的时间(计数值)是否在规定的时间(计数值)范围中来进行故障判定，但检测不出硬件的中途故障。也就是说，因为存在检测不出不超过故障阈值程度的故障(中途故障)的问题，所以不能满足近年来对电动助力转向装置(EPS)的要求。
本发明是鉴于上述情况而完成的，本发明的目的在于提供一种中途故障诊断系统及安装了该中途故障诊断系统的高性能的电动助力转向装置，该中途故障诊断系统除了现有的基于故障阈值的故障检测以外，还通过在故障阈值的内侧设定中途故障诊断阈值，或，以检测分解能单位在任意的范围内设定中途故障诊断阈值，利用统计学的方法在大范围的领域中确实地检测出中途故障，以便能抑制意外的系统故障并提高可靠性。
解决技术问题的手段
本发明涉及一种中途故障诊断系统，其具备故障计数器，所述故障计数器通过基于电气装置正常时的计测值的平均值和标准偏差计算出正规分布，设定至少一个故障阈值来作为所述计测值的诊断阈值，对超过所述故障阈值的所述计测值的次数或时间进行计测，以便确定通常诊断的故障，本发明的上述目的可以通过下述这样实现，即：所述中途故障诊断系统在所述平均值和所述故障阈值之间设定用于中途故障诊断的中途故障诊断阈值，所述故障计数器对所述计测值超过所述中途故障诊断阈值的次数或时间进行计测，所述中途故障诊断系统设定所述故障计数器的用于确定所述中途故障诊断的故障的计数值或时间以便使所述通常诊断的错误故障概率和所述中途故障诊断的错误故障概率变得相同。
本发明的上述目的还可以通过下述这样更有效地实现，即：基于物理性的要件1设定所述故障阈值；或，所述物理性的要件1为硬件特性或系统使用条件；或，基于物理性的要件2设定确定所述中途故障诊断的故障的所述计数值或所述时间；或，所述物理性的要件2为硬件特性、系统使用条件、假定脉冲噪音宽度和功能安全上的继续容许时间中的至少一个；或，所述故障阈值被设定在上限侧和下限侧，至少一个所述中途故障诊断阈值被设定在所述平均值和所述故障阈值之间；或，连续或不连续地进行所述故障计数；或，所述中途故障诊断阈值被以检测分解能单位移位到诊断值的全部的范围并被设定。
通过安装上述各种中途故障诊断系统，可以实现上述目的电动助力转向装置。
发明的效果
根据本发明的中途故障诊断系统，在故障阈值的内侧(上限侧：平均值＜中途故障诊断阈值＜故障阈值，下限侧：平均值＞中途故障诊断阈值＞故障阈值)设定中途故障诊断阈值，或，与平均值和故障阈值无关地将中途故障诊断阈值以检测电压的最小分解能单位移位到故障阈值的内侧(或外侧)并设定，对超过被设定的中途故障诊断阈值或只相隔检测分解能单位的邻接中途故障诊断阈值的计测值的次数或时间进行计测，利用统计学的方法来进行中途诊断。因此，除了现有的基于故障阈值的故障诊断(通常诊断)以外，基于中途故障诊断阈值(或只相隔检测分解能单位的邻接中途故障诊断阈值)，还可以在大体上全部的领域进行不超过故障阈值程度的中途故障(包括异常)的诊断。通过以检测分解能单位使上限侧的中途故障诊断阈值与下限侧的中途故障诊断阈值相邻接，以便可以将中途故障诊断阈值移位到诊断值的全部的范围(包括超过故障阈值的范围)并设定，所以检测不出中途故障的领域会消失，可以在能够取得的诊断值的整个领域中检测出故障。通过这样的大范围的中途故障诊断，不仅不会意外地导致系统故障的发生，而且可以提高可靠性。
在本发明中，以诸如电压、电流等的计测值的分布呈正规分布作为前提，针对存在于由单一参数的计测而得到的计测值的外侧的概率，基于通过对故障计数器阈值进行乘方而得到的值，可以诊断是正常还是故障(包括异常)，或，是否为中途故障。
另外，关于通常诊断和中途故障诊断，可以分别单独地指定确定故障时的控制处理。
附图说明
图1是表示电动助力转向装置的概要的结构图。
图2是表示电动助力转向装置的控制系统的结构例的结构框图。
图3是用于说明现有的故障检测的一个例子的特性图。
图4是表示现有的故障检测的一个例子的流程图。
图5是用于说明现有技术不能进行中途故障诊断的特性图。
图6是表示本发明的结构例(实施方式1)的结构框图。
图7是表示故障错误检测概率的容许值的导出例的流程图。
图8是表示中途故障诊断阈值的设定和中途故障错误检测概率的导出例的流程图。
图9是表示本发明的动作例(实施方式1)的特性图。
图10是表示本发明的动作例(实施方式1)的特性图。
图11是表示本发明的动作例(实施方式2)的特性图。
图12是表示本发明的动作例(实施方式2)的其他的特性图。
图13是表示本发明的动作例(实施方式2)的其他的特性图。
图14是表示本发明的结构例(实施方式2)的结构框图。
具体实施方式
因为针对电气装置进行的现有的故障诊断通过设定正常时绝对不超过的值来作为故障阈值(上限侧或下限侧、或者双方)，当超过该故障阈值的时间(计数值)达到了规定的时间(计数值)的时候，确定故障，以便进行故障检测(通常诊断)，所以检测不出不超过故障阈值程度的中途故障。
与此相比，本发明无条件地认为诊断值表示平均值的场合为正常，在故障阈值的内侧(上限侧：平均值＜中途故障诊断阈值＜故障阈值，下限侧：平均值＞中途故障诊断阈值＞故障阈值)设定中途故障诊断阈值，除了现有的基于故障阈值的故障检测以外，还进行基于中途故障诊断阈值并且利用统计学的方法(正规分布概率、上下限侧概率)的中途故障(包括异常)的诊断。或，在允许等于或大于平均值(上限侧)的值或等于或小于平均值(下限侧)的值作为上限侧和下限侧的中途故障诊断阈值的设定范围的情况下，与平均值和故障阈值无关地将中途故障诊断阈值以检测电压的最小分解能单位移位到故障阈值的内侧(或外侧)并设定，对超过中途故障诊断阈值或只相隔检测分解能单位的邻接中途故障诊断阈值的计测值的次数或时间进行计测，进行基于中途故障诊断阈值并且利用统计学的方法的中途故障的诊断。也就是说，本发明以诸如电气装置的电压等的计测值(诊断值)的分布呈正规分布作为前提，针对存在于由单一参数的计测而得到的检测值的外侧的概率，基于通过对故障计数器阈值进行乘方而得到的值，诊断是正常还是故障，或，是否为中途故障。
一般而言，从存在概率变量、平均值、标准偏差和概率变量的下限以及存在概率变量的上限可以求出正规分布概率。另外，从存在诊断值、平均值、标准偏差和诊断值的下限以及存在诊断值的上限可以求出上侧概率(一次的计测结果(诊断值)变成等于或大于规定值的概率)和下侧概率(一次的计测结果(诊断值)变成等于或小于规定值的概率)。
作为决定故障阈值时的物理性的要件，例如有硬件特性(制造偏差幅度)、温度特性(温度变化对诊断值造成的影响)、电源电压特性(电源电压的变化对诊断值造成的影响)、诊断值的计测偏差幅度(计测精度)、诊断值的白色噪音幅度、力学振动特性(外加力学振动对诊断值造成的影响)、系统使用条件(使用温度范围(使用场所的温度范围)、使用电源电压范围(使用电源的电压范围)、力学振动条件(有无使用场所的振动))等物理性的要件。另外，作为决定用于确定故障的计数值时的物理性的要件，例如使用硬件特性(诊断值的计测周期)、系统使用条件(符合该系统的使用目的的检测时间(从故障发生到检测的时间))、假定脉冲噪音宽度(由被外加的电噪声突发性地产生的诊断值上的脉冲噪音的脉冲宽度(如果检测时间比脉冲宽度短的话，就会发生错误检测。))、功能安全上的继续容许时间(在由该诊断检测出的故障持续的情况下，直到作为系统由于功能不全而变成危险的状态为止的时间)等物理性的要件。
因为本发明无条件地认为诊断值表示平均值的场合为正常，所以在本发明的实施方式1中使用的中途故障诊断阈值被设定在平均值(正常值)与故障阈值之间。也就是说，在本发明中使用的中途故障诊断阈值，在正常值(平均值)与现有的上限侧故障阈值之间被设定为1个，或，在正常值(平均值)与现有的下限侧故障阈值之间被设定为一个，或，在正常值(平均值)与现有的各个上下限侧故障阈值之间被设定为2个。
即使为诊断值表示平均值的场合，在某个较长期间连续表示相同的值的情况下，可以说是诊断值固定着的异常状态。本发明的实施方式2以附加这样的异常状态的检测功能为目的。在实施方式2中，与平均值和故障阈值无关地将中途故障诊断阈值以检测电压的最小分解能单位移位到故障阈值的内侧(或外侧)并设定，基于中途故障诊断阈值或只相隔检测分解能单位的邻接中途故障诊断阈值，进行中途故障的诊断。
在设定中途故障诊断阈值的时候，错误检测会成为一个问题。因此，即使设定了中途故障诊断阈值，也需要使错误检测性(誤検出性)不变坏。由于正规分布曲线的性质，所以概率密度(频度)不变成0直到概率变量(计测值)变成∞(或－∞)。因此，即使处于没有故障的状态，以低概率超过现有的故障阈值。本发明将这个概率作为故障错误检测概率的容许值(限度)，通过使设定中途故障诊断阈值时的错误检测概率等于这个故障错误检测概率的容许值，以便使错误检测性不变坏。
下面，参照附图来说明本发明的实施方式。
图6示出了本发明的结构例(实施方式1)。如图6所示，电动助力转向装置的电气装置100与用于例如每1ms对诸如正常时的电压、电流等物理量进行计测(检测)的计测单元101连接，由计测单元101测出的(检测出的)计测值(检测值)被输入到由CPU、存储器等构成的运算处理单元110。
运算处理单元110具备平均值运算单元111、标准偏差运算单元112、概率运算单元113、故障错误检测概率的容许值运算单元114、中途故障诊断阈值设定单元115、中途故障错误检测概率运算单元116和中途故障的故障计数器阈值运算单元117，其中，平均值运算单元111运算出正常时由计测单元101测出的计测值的平均值；标准偏差运算单元112运算出上述计测值的标准偏差；概率运算单元113依据规定的公式运算出概率；故障错误检测概率的容许值运算单元114运算出故障错误检测概率的容许值；中途故障诊断阈值设定单元115设定所期望的中途故障诊断阈值；中途故障错误检测概率运算单元116运算出中途故障的错误检测概率；中途故障的故障计数器阈值运算单元117运算出中途故障的故障计数器阈值。当电气装置100工作的时候，计测单元101对规定部位的电压等进行计测，由计测单元101测出的计测值被作为诊断值输入到运算处理单元110。
另外，运算处理单元110与用于基于运算处理单元110的运算处理结果来诊断电气装置100的正常、故障以及中途故障的诊断单元120连接，诊断单元120的诊断结果被输出到诸如显示装置、打印机等输出单元121。
在这样的结构中，如图7的流程图所示，实行故障错误检测概率的容许值α的运算。
首先，计测单元101对电气装置100的正常产品的规定部位的电压等进行多次计测(检测)(步骤S10)，平均值运算单元111运算出计测值(检测值)的平均值，同时，标准偏差运算单元112运算出标准偏差(步骤S11)。在本发明中，上述故障阈值也可以被预先设定在上限侧或下限侧、或者双方，概率运算单元113基于在上述步骤S11中得到的平均值和标准偏差运算检测出等于或大于这些故障阈值的值的概率(步骤S12)。例如利用如专利文献1所公开的方法来实行概率运算。在这里求出的概率是指在一次的试行(计测)中检测出等于或大于故障阈值的值的概率，故障错误检测概率的容许值运算单元114利用这个概率依据下述式1运算出故障错误检测概率的容许值α(步骤S13)。
式1
故障错误检测概率的容许值α＝PF n
其中，PF是在一次的试行中检测出等于或大于故障阈值的值的概率，n是故障计数器阈值(单位为次数)。
接下来，依据图8的流程图来实行中途故障诊断阈值的设定和中途故障错误检测概率β的运算。
首先，中途故障诊断阈值设定单元115设定中途故障诊断阈值(步骤S20)。只要是在平均值(正常值)与上限侧的故障阈值之间，或，在平均值与下限侧的故障阈值之间，或，在平均值与上下限侧的2个故障阈值之间的值，则中途故障诊断阈值可以为任何一个值。接下来，概率运算单元113以正规分布表等来运算在一次的计测中检测出计测值等于或大于上述设定好的中途故障诊断阈值，或，等于或小于上述设定好的中途故障诊断阈值的值的概率(步骤S21)。在上述步骤S21中求出的概率是在一次的试行(计测)中检测出等于或大于中途故障诊断阈值，或，等于或小于中途故障诊断阈值的值的概率，中途故障错误检测概率运算单元116利用这个概率依据下述式2运算出中途故障错误检测概率β(步骤S22)。
式2
中途故障错误检测概率的容许值β＝PT N
其中，PT是在一次的试行中检测出等于或大于中途故障诊断阈值的值的概率，N是故障计数器阈值(单位为次数)。
接下来，中途故障的故障计数器阈值运算单元117运算出使如上所述那样求出的中途故障检测概率PT N等于如上所述那样求出的故障错误检测概率的容许值PF n的中途故障的故障计数器阈值N。
式3
PT N＝PF n
式4
logPT N＝logPF n
基于上述式3，上述式4成立。通过整理上述式4可得到下述式5。
式5
N·logPT＝n·logPF
因此，依据下述式6可以计算出中途故障的故障计数器阈值N。
式6
N＝(n·logPF)/(logPT)
在将在正常产品中检测出等于或大于(或者等于或小于)故障阈值的值的概率设为PF，将现有的诊断的故障计数器阈值设为n，将检测出等于或大于(或者等于或小于)中途故障诊断阈值的值的概率设为PT，将中途故障的故障计数器阈值设为N的情况下，通过设定使上述式6成立的概率PT和中途故障的故障计数器阈值N，以便使诊断单元120保持现有诊断的耐错误检测性(耐誤検出性)，同时还可以检测出中途故障。诊断结果被输出到输出单元121。尽管在这里用计数值来说明中途故障的故障计数器阈值，中途故障的故障计数器阈值也可以为时间的计测。
对每一个故障部位可以设定这些计数值(时间)，这些计数值可以被存储然后再被累计起来后使用，或，也可以被重置。另外，为了区分永久障害和中途故障，也可以改变车辆的故障指示器的点灯模式。例如，可以在永久障害的情况下跟以前一样点灯，在中途故障的情况下可以闪烁。
如上所述，在本发明(实施方式1)中，为了检测出中途故障，在比上限侧的故障阈值小的内侧设定用于中途故障检测的阈值(中途故障诊断阈值)，并追加了除了连续性故障之外还可以检测出不超过故障阈值程度的中途故障的诊断功能。
在这里参照示出了一个具体例的图9，来说明作为上限侧中途故障诊断阈值设定了比正常值(平均值)5.10V大并且比上限侧的故障阈值5.35V小的中途故障诊断阈值5.25V的场合。通过设定这样的中途故障诊断阈值，可以使故障计数器不进行计数的检测不出的范围变窄。在输出电压的总和等于或大于5.25V的情况下，用于中途故障检测的故障计数器进行计数。另外，在输出电压的总和呈正规分布的情况下，可以用计算导出一次的计测结果变成等于或大于5.25V的值的概率为“0.0668”。此外，为了进行这个计算，需要事先根据实测来调查正常状态时的计测值的平均值和标准偏差值(示例是平均值为5.1V，标准偏差值为0.1V的场合。)。同样地，也可以用计算导出变成等于或大于现有故障阈值(等于或大于5.35V)的值的概率为“0.0062”。现在，在等于或大于故障阈值5.35V的输出电压保持500ms的情况下，因为被连续进行500次的计数，所以故障就确定了。此时的概率为(0.0062)500。
接下来，设定确定中途故障时的计数值。作为设定计数值的指针，即使追加了中途故障功能，跟追加之前相比，错误故障概率也不会变高。具体而言，使确定中途故障的概率也变得和现有的故障确定的概率相同。现在，在将中途故障检测用故障计数值设为N的情况下，可以求出使下述式7成立的计数值N。
式7
(0.0668)N＝(0.0062)500
基于上述式7，可以依据下述式8求出故障计数值N。
式8
N＝500×(log0.0062/log0.0668)＝939.23
所以，将中途故障检测用故障计数值N设为939次。因此，如果等于或大于中途故障诊断阈值的值保持939ms的话，就确定中途故障。也可以用时间的设定和检测来代替中途故障检测用故障计数值N。
在某个诊断中，在计测值因系统的状态而变化的情况下(例如，以电动助力转向装置为例的话，在计测值随电动机旋转时或不旋转时而变化的情况下)，当只想采用在某个规定的状态进行计测而得到的值的时候(例如，以电动助力转向装置为例的话，在电动机没有在旋转的时候)，计数变成不连续。另外，在即使电源关闭也不想让计数器重置的情况下，需要将计数值存储在非易失性存储器中。
尽管在上述的实施方式1中，在上限侧设定上限侧中途故障诊断阈值，如图10所示，也可以在下限侧设定下限侧中途故障诊断阈值，还可以在上限侧和下限侧的任何一方或双方设定中途故障诊断阈值。
在上述的实施方式1中，因为无条件地认为诊断值(输出电压的总和)表示平均值的场合为正常，没有允许等于或大于平均值(在下限侧的场合，等于或小于平均值)的值作为上限侧的中途故障诊断阈值的设定范围，所以在包括平均值的检测不出的范围中，不能检测出诊断值固定着的异常状态。因为即使为进行计测而得到的诊断值表示平均值的场合，在某个较长期间连续表示相同的值的情况下，可以说是诊断值固定着的异常状态，所以在实施方式2中附加这样的异常状态的检测功能。
在实施方式2中，通过允许等于或大于平均值(在下限侧的场合，等于或小于平均值)的值，如图11所示，设定上下限的中途故障诊断阈值以便使其隔着诊断值的最小分解能(相邻接)。在任意的上下限侧设定中途故障诊断阈值，将与该值的下限侧(或上限侧)之间只隔着能够检测出的最小变化量(分解能)的值设定为下限侧(或上限侧)中途故障诊断阈值，通过这样，不进行计数的领域会消失，可以在能够取得的诊断值的全部的范围中检测出诊断值固定着的异常状态。基于被设定好的上限侧中途故障诊断阈值，设定下限侧中途故障诊断阈值和下限侧中途故障用故障计数值。此时，下限侧中途故障诊断阈值被设定为与上限侧中途故障诊断阈值之间只隔着检测分解能的值(被设定为只隔着检测分解能与上限侧中途故障诊断阈值相邻接的值)。
另外，可以不互相受到大小关系的制约而设定上下限的中途故障诊断阈值(参照图12和图13)。图12示出了上限侧中途故障诊断阈值和下限侧中途故障诊断阈值反转了的场合，图13示出了中途故障诊断阈值被设定在故障阈值的外侧的场合。这是因为基于上下限各自的中途故障诊断阈值来确定的错误故障确定概率(誤フェール確定確率)是根据上下限各自的现有故障的错误故障确定概率来决定的，所以这些不互相干涉。
基于这样的理由，尽管上下限的中途故障诊断阈值可以被分别设定为任意的值，但由于实用性的理由，优选地设定上下限的中途故障诊断阈值以便使其相邻接。这是因为当在诊断值的整个领域中让检测出诊断值固定着的异常状态的时候，通过设定上下限的中途故障诊断阈值以便使其相邻接，可以将中途故障确定时的计数值设定为小的值。通过这样，诊断系统所使用的故障计数器可以使用能计数的值为小的值的计数器，从而可以降低成本。
在实施方式2中，如图11所示，在上限侧中途故障诊断阈值为平均值(5.1V)的场合，通过将下限侧中途故障诊断阈值设定为上限侧中途故障诊断阈值－检测电压的最小分解能(＝5.1-0.001＝5.099V)，检测不出的领域(不进行计数的领域)就会消失，从而可以在全部的领域中检测出诊断值固定着的异常状态。这里，本诊断的诊断值的检测分解能为“0.001V”的场合。
与图6相对应的图14示出了实施方式2的结构例。如图14所示，设有邻接中途故障诊断阈值设定单元115A，通过设定上限侧中途故障诊断阈值和设定下限侧中途故障诊断阈值(＝上限侧中途故障诊断阈值－检测电压的最小分解能)，来设定邻接中途故障诊断阈值。
另外，如图11所示，例如在上限侧中途故障诊断阈值被设定为5.25V的情况下，因为下限侧中途故障诊断阈值＝上限侧中途故障诊断阈值－检测分解能＝(5.25－0.001)V＝5.249V，所以下限侧中途故障诊断阈值为5.249V(参照图11)。还有，在上限侧中途故障诊断阈值和下限侧中途故障诊断阈值的大小关系反转了的情况下，如图12所示，例如在上限侧中途故障诊断阈值为4.85V，下限侧中途故障诊断阈值为5.25V的场合，因为基于中途故障诊断阈值来确定的错误故障确定概率是根据上下限各自的现有故障的错误故障确定概率来决定的，从而这些不互相干涉，所以上下限的中途故障诊断阈值不互相受到大小关系的制约。
如果现有故障的错误故障确定概率和中途故障的错误故障确定概率是相同的话，如图13所示，也可以将中途故障诊断阈值设定在现有的故障阈值的外侧。在这种情况下，用于确定中途故障的计数值变得小于用于确定现有故障的计数值。但是，在这种情况下，因为偏离了检测出中途故障的目的，所以不会被称为中途故障诊断阈值，例如被称为错误故障性等价变换阈值(誤フェール性等価変換閾値)。作为这种情况的效果，可举出缩短到故障确定的时间(故障检测高速化)的效果。
接下来，说明如图11所示那样上限侧中途故障诊断阈值被设定为5.25V，下限侧中途故障诊断阈值被设定为5.249V的场合的具体示例。在这种场合，可以用计算导出一次的计测结果变成等于或小于5.249V的值的概率为“0.9319”。同样地，也可以用计算导出变成等于或小于下限侧现有故障阈值(等于或小于4.85V)的值的概率为“0.0062”。现在，在等于或小于故障阈值4.85V的输出电压保持500ms的情况下，因为被连续进行500次的计数，所以故障就确定了。此时的概率为(0.0062)500。
接下来，设定确定下限侧中途故障时的计数值。具体而言，使确定下限侧中途故障的概率也变得和下限侧现有故障确定概率相同。现在，在将下限侧中途故障检测用故障计数值设为N的情况下，可以求出使下述式9成立的计数值N。
式9
(0.9319)N＝(0.0062)500
基于上述式9，可以依据下述式10求出故障计数值N。
式10
N＝500×(log0.0062/log0.9319)＝36035.89
所以，将下限侧中途故障检测用故障计数值N设为36036次。因此，如果等于或小于下限侧中途故障诊断阈值的值保持36036ms的话，就确定下限侧中途故障。
尽管在上述的实施方式中对电压的检测进行了说明，在本发明中，同样也能将诸如电流、旋转次数之类的物理量作为诊断值来使用。另外，在将本发明的中途故障诊断系统应用于电动助力转向装置的场合，诊断的检测对象可以变为电动机的各相电流、扭矩传感器的扭矩值、电池电压、驱动电路外加电压等，并且可以实现不但能够诊断故障而且还能诊断中途故障的高性能的电动助力转向装置。
此外，在上述的实施方式中进行了说明的电压值等的数值全部是为了便于说明的一个示例而已，也可以对这些数值进行适当的任意的变更。
附图标记说明
1 转向盘(方向盘)
2 柱轴(转向轴、方向盘轴)
10 扭矩传感器
12 车速传感器
13 电池
20 电动机
30 控制单元(ECU)
31 电流指令值运算单元
32 最大输出限制单元
34 PI控制单元
35 PWM控制单元
36 电动机驱动电路
100 电气装置
101 计测单元
110 运算处理单元
111 平均值运算单元
112 标准偏差运算单元
113 概率运算单元
114 故障错误检测概率的容许值运算单元
115 中途故障诊断阈值设定单元
116 中途故障错误检测概率运算单元
117 中途故障的故障计数器阈值运算单元
120 诊断单元
121 输出单元

Claims (9)

1.一种中途故障诊断系统，其具备故障计数器，所述故障计数器通过基于电气装置正常时的计测值的平均值和标准偏差计算出正规分布，设定至少一个故障阈值来作为所述计测值的诊断阈值，对超过所述故障阈值的所述计测值的次数或时间进行计测，以便确定通常诊断的故障，其特征在于：
所述中途故障诊断系统在所述平均值和所述故障阈值之间设定用于中途故障诊断的中途故障诊断阈值，
所述故障计数器对所述计测值超过所述中途故障诊断阈值的次数或时间进行计测，
所述中途故障诊断系统设定所述故障计数器的用于确定所述中途故障诊断的故障的计数值或时间以便使所述通常诊断的错误故障概率和所述中途故障诊断的错误故障概率变得相同。
2.根据权利要求1所述的中途故障诊断系统，其特征在于：基于物理性的要件1设定所述故障阈值。
3.根据权利要求2所述的中途故障诊断系统，其特征在于：所述物理性的要件1为硬件特性或系统使用条件。
4.根据权利要求1所述的中途故障诊断系统，其特征在于：基于物理性的要件2设定确定所述中途故障诊断的故障的所述计数值或所述时间。
5.根据权利要求4所述的中途故障诊断系统，其特征在于：所述物理性的要件2为硬件特性、系统使用条件、假定脉冲噪音宽度和功能安全上的继续容许时间中的至少一个。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的中途故障诊断系统，其特征在于：所述故障阈值被设定在上限侧和下限侧，至少一个所述中途故障诊断阈值被设定在所述平均值和所述故障阈值之间。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的中途故障诊断系统，其特征在于：连续或不连续地进行所述故障计数。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的中途故障诊断系统，其特征在于：所述中途故障诊断阈值被以检测分解能单位移位到诊断值的全部的范围并被设定。
9.一种电动助力转向装置，其特征在于：安装了根据权利要求1至8中任意一项所述的中途故障诊断系统。
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Granted publication date: 20171128

Termination date: 20201113

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